大流量预应力渡槽设计和施工技术研究

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1、大流量预应力渡槽设计和施工技术研究 （三）关键技术(1)大型渡槽温度边界条件及荷载作用机理及对结构的影响研究；高承载、大跨度渡槽结构新型式及优化设计研究；大型渡槽新材料，止水、支座等新结构研究。1)处于大气对流、日辐射、骤然温降等复杂环境中的渡槽温度边界条件和主要影响因素的确定，沿线水温模型的确定，时变温度应力计算的初始温度场的确定。2)大型有限元通用软件进行多向预应力混凝土结构设计计算方法，包括有限元分析中施加预应力的方法、预应力损失的模拟、张拉顺序的优化以及预应力渡槽结构设计中的结构力学方法和弹性理论的有限元方法相结合的问题。3)竖向荷载与水平荷载共同作用下的

2、群桩－土－承台共同作用机理与设计计算方法，以及桩基的优化设计，群桩－土－承台三者的工作性状的数值模拟。4)软岩嵌岩桩荷载传递机理的研究，以及嵌岩桩基承载力的设计计算方法。5)混凝土开裂敏感性试验与评价方法，如何从材料配比与微结构优化方面提高高性能混凝土的抗渗、抗碳化与抗冻等问题。(2)渡槽和槽墩支柱的抗震性能研究；减震措施研究。1)考虑土－渡槽结构相互作用的拟动力试验，模拟地震对渡槽结构的作用。2)渡槽结构动力特性和动力响应原型试验试验条件的实现。3)桩基－土动力相互作用的数值模拟。4)桩基－土动力相互作用的室内模型试验技术和本构模型。(3)渡槽施工技术及施工工艺

3、研究，研究施工质量控制指标及控制方法。1)大型渡槽预应力混凝土叠合结构施工技术和施工工艺。2)渡槽高性能混凝土的防裂施工技术和施工工艺。3)预应力混凝土结构渡槽的施工质量控制方法及控制指标。(4)外部裂缝预防及补救措施以及与此相关的新型涂料开发。1)在模拟实际结构内部条件下养护的混凝土材料的力学、热学及宏观体积变化性能的测定方法。2)基于混凝土水化硬化速率、结构形式及环境条件的混凝土结构内温度场和湿度场随混凝土浇筑龄期的变化规律。3)混凝土结构内部与约束、温度、湿度相关联的应力分布随时间的变化模型及三维仿真计算方法。4)渡槽结构的裂缝控制实验模型的制作和实验技术。

4、5)渡槽施工和运行期间的实时监测及评估。6)混凝土结构开裂风险的表征，判据的建立，开裂风险评估分析程序的开发。(5)大型渡槽的耐久性及可靠性研究。1)大型渡槽混凝土耐久性作用机理的研究。2)大型渡槽混凝土耐久寿命预测模型的建立。3)由于基于可靠度理论的渡槽可靠性计算结果的实用性和可靠性依赖于影响渡槽安全的主要参数的准确性，对于渡槽来说模型试验与实际情况有一定差异。因此，如何充分利用类似工程的数据以及如何在小样本情况下确定渡槽安全分析主要参数的概率模型及其统计参数是渡槽可靠度分析中的技术难点。4)如何建立合理的渡槽结构抗力衰减模型，在此基础上提出可行的渡槽时变可靠度

5、分析方法。5)如何确定渡槽下部灌注桩基础中缺陷的统计特性，在此基础上分析含有缺陷桩基础的可靠度。(6)研究地震、预应力失效、施工及运行中出现的表层裂缝、止水失效、基础失稳等各种可能导致大型预应力渡槽失效的破坏模式、破坏机理及对渡槽造成的危害程度，以及相应的预防及补救措施。多因素作用下大型预应力渡槽失效模式的识别方法是综合研究地震破坏、预应力失效、混凝土结构裂缝、止水失效、基础失稳等导致大型预应力渡槽失效的模式、破坏机理及对渡槽造成危害程度的评价的主要技术难点。（四）技术特点和创新点本课题针对目前南水北调中线大流量预应力渡槽在设计、施工中尚无完全解决的理论和技术问题

6、开展研究，其研究成果将会促进大流量预应力渡槽在设计、施工方面的技术水平，可直接具体指导南水北调大流量预应力渡槽的设计和施工实践，具有较多的创新点，主要创新点如下：(1)首次提出施工期和运行期各种复杂气候条件下大流量预应力渡槽温度边界条件和温度场的计算方法，并进行温度应力计算，对温度荷载对不同渡槽结构的影响进行较全面的研究。(2)提出充分利用材料潜力，充分利用结构自身跨越能力，自重小，承载力大的大流量预应力渡槽新结构（多厢矩型和多厢U型预应力渡槽）。(3)提高软岩嵌固桩基础承载力的工程措施及不等高基岩面长短桩设计方法。(4)研制出适合大流量预应力渡槽的高强度、高抗裂

7、混凝土材料，高可靠性止水和高承载减震支座。(5)建立大流量预应力渡槽抗震的分析计算方法，包括渡槽拟动力分析、渡槽内水体和结构的液固耦合计算、桩－土动力相互作用及相应的结构避震措施研究。(6)借鉴桥梁及工民建的先进施工技术，提出可行的大流量预应力渡槽槽身、基础和预应力的施工技术和工艺，并提出相应的施工质量控制指标和控制方法及措施。(7)在研究各种大流量预应力渡槽失效和破坏模式的基础上，提出相应监测预防与加固补强措施与方法。(8)大流量预应力渡槽裂缝形成的机理及裂缝控制成套技术。(9)研制新型大流量预应力渡槽保温防渗防水涂料。(10)提出大流量预应力渡槽混凝土材料耐久

8、性指标及设